電子工作超入門・第6回【処理系部品について】

  • 2016/4/10
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処理系部品は、入力部品から流れてきた電気を、用途に合わせて都合よく加工処理する部品です。

電気は、よく水に例えられますが、水に関連することに例えると、貯水ダムです。
ダムは、雨水を、山の谷間などに貯めて、必要な量だけ、人間の都合で放水します。

貯水量が多い時はダムが壊れないように、川に溜まりすぎた水を、流して捨てます。
また、水を流す際に、水力を使った発電も同時に行なったりします。

このように入力された雨水を、用途に合わせて放出(出力)制御するがダムの役割です。

電気も同じですね。回路では、主に電圧の制御が殆どです。

電圧や電流をコントロールする処理を行なっている部品をここで紹介します。

■IC
●オルゴールIC
音程は、スピーカーに電圧をかけて、空気の振動数を変えることで、実現します。
音程を連続で変えて、電流を流したり止めたりすると、メロディーになります。
その動作を、記憶したICがオルゴールICです。

●タイマーIC
タイマーIC(555タイマーICの例)は、コンデンサ(急速充電出来る充電電池のようなもの)に電気を充電し充電完了までの時間や放電時間を利用して、オン、オフの処理を繰り返す仕組みです。コンデンサと抵抗の値で、オン、オフの時間をコントロールします。

●レギュレーター
電圧を安定化する働きがあるICのことです。電源から発生する、電圧は、不安定です。

●ADコンバーター
アナログ信号をデジタル信号に変換するICです。
アナログ信号とは、連続する波のデータです。
楽器に例えるならばバイオリンのように音程の変化がハッキリしないような連続データです。

デジタル信号とは、ピアノのような、音程がハッキリしているような、データです。
温度計センサーは、アナログ信号で電圧が、温度に応じて変化しています。
その電圧の大きさを、モニタ画面に表示する際には、ハッキリとした、何度ですと
言う数値データに変換しないと、人間には解りづらいので、ADコンバーターで、数値として出力できるデジタル信号に変換します。温度を色で表現したサーモグラフィー等はアナログ的な出力ですね。

●オペアンプ
信号を増幅する回路です。
カラオケマシンは、小さな音声の信号などを、大きな信号に変えることで、実現しています。

ICの種類は非常に多く、把握しづらいと思いますが、基本は、ある一つの機能を持った電子回路を小型化してモジュール(まとめてるもの)にしているだけですから、大抵のものは存在します。

昨年、カラオケマシンを自作しようとして、CDなどの音楽の、ボーカルを消す機能を考えてみました。回路を自分で設計するのは難しそうだたので、もしかして、それを実現出来る、ICは無いだろうかとネットを探すと、ソニーがボーカルキャンセルICを出していましたが、日本では著作権等がうるさいせいか、ネットでも手に入りません。そこで中国のネット通販サイトで探して注文し、手元に無事届きました。
1個80円位で、1cmにも満たないICに音楽データを入力するだけで、ボーカルの声を消した、音データを出力してくれるICです。

■マイコン
マイコンはICが沢山集まった、動作をプログラミングすることが出来る部品です。
値段も性能もメーカーや種類も豊富です。用途によって使い分けます。

余談ですが、先ほどのカラオケ用のボーカルキャンセルICも、マイコンを使ってプログラミングすれば、ボーカルキャンセルICが無くても実現出来ます。但し、ボーカルキャンセルの仕組みを、プログラミングするのは音の知識も必要になるために、大変です。既にその機能を実現出来る完成したICを使った方が手っ取り早いです。

マイコンは、大抵のことが出来る代わりに、プログラミングの手間が掛かるので、適材適所で使うことをお勧めします。
代表的なものに、Arudino、pic、AVR、ルネサス等があります。

電子工作でオススメは、フリーの開発環境(プログラミング用のソフト)が配布されていて、価格も200円程度で変えるAVRマイコンです。
picは有名ですが、初心者にはプログラミングが難しく、使いにくいそうです。
込み入ったことをするならば、Arudinoで、3千円近くと高額ですが、プログラミングが簡単です。ルネサスは産業用ロボットなどのシェアが高いようです。

■コンピューター
マイコンにOS(基本ソフト)が乗ったものです。
OSが入ることで、自身でプログラミングすし自作する部分が、大幅に減らすことが出来ます。例えば、マイコンでは、SDカードから写真のデータを読み込む時に、写真の一つの部分の点のデータを繰り返し読んで、画像になるように並べるプログラムを自身で書かなくてはいけません。数日で書けるような、簡単なモノではありません。

OSは、そのような、便利なプログラムが予め沢山入っているので、そのプログラムを呼び出すだけで簡単にSDカードから写真のデータをコンピューターへ取り込むことが出来ます。

但し、マイコンにOSが乗ると、価格が高くなる、処理が遅くなる、動作が不安定になるので、やはり適材適所で、マイコンで済むことはマイコンで、ICで済むことはICでと言った、使い分けを考える方がよいでしょう。

電子工作向けの、コンピューターは、電子制御用の電極(GPIO)等が標準で装備されている、RaspberryPi等が便利でしょう。亜種であれば今は1,500円程度から買えます。
それでも、15年前の何十万円もしてたパソコンよりも性能は上です。

ここで紹介した、IC、マイコン、コンピューターは、
抵抗(電流を流れにくくする)、コンデンサ(電気を貯める電池のようなもの)、ダイオード(電気の流れの方向を制御)、インダクタ(コイル)、トランジスタ(電気の増幅)などの、半導体素子(電子基本部品)が無数に集まった回路です。

自身で、電子基本部品を集めて、つくろうと思えば、体育館位の広さの回路になるかも知れません。顕微鏡で見ても小さく見えるほど、各部品が、小型化されて、何万個と並べられてます。

しかし、基本は、単純な仕組みの、電子パーツの組み合わせであるこには変わりません。その組み合わせに、実践で失敗しながら、使い慣れることが、最も電子工作を理解する近道です。

【次回以降の講座紹介】
最終回【これまでのまとめ】

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